物理化学学好 根底物理化学规划试验的探究与实践

屈宜春　侯飞　李里

摘 要：文章结合多年来黑龙江大学在根底物理化学试验中展开规划试验的教育实践，论述了规划试验项目内容的挑选与设置的思路办法，并总结了在教育实践中堆集的经历。

关键词：物理化学；规划试验

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）04-0015-02

为了激起学生学习物理化学试验爱好，进步学生的立异认识，我校于2005年开端在根底物理化学试验课程中增设了规划试验，充沛地发挥了学生的主观能动性，把所学的理论常识加以运用处理实践中的问题，进步了学生的实践才干，使学生从试验中体会科研探究的思路和研讨办法，培育了学生由“印证理论型”向“立异才干和本质进步型”的改动。多年来，咱们通过积极地与其他院校的同行沟通，谦虚学习他们的经历，广泛地查阅有关的文献和书本，在教育实践中仔细研讨与探究，使试验的项目与试验内容得以不断地改善与丰厚。在本论文中，结合咱们开设的规划试验的详细项目，介绍一下这些试验在挑选和设置时的思路及在教育实践过程中堆集的一些经历。

一、从经典的验证试验中发现新的研讨内容

如何将经典的验证性试验延伸为规划试验是咱们从事物理化学试验教育的试验教师一向仔细探究的问题。例如电导法测定乙酸乙酯皂化反响的速率常数是国内外高校化学专业必开设的经典动力学试验[1-2]，许多高校在该试验的根底上开设了具有研讨性特色的规划试验，张虎成等人想象并完结了在不知道反响级数的前提下[3]，让学生灵敏地运用动力学原理规划测定反响级数的测定办法，陈晓娟等开设了开放式研讨性试验“酯类皂化反响溶剂效应”[4]，对酯类化合物皂化反响的动力学溶剂效应进行了开始剖析，获得了有意义的效果。我校一共开设了20个根底的验证性试验项目，通过多年的教育研讨与实践，咱们在这些试验的根底上展开了许多规划试验项目。

“浓差电池的规划和电动势的测定”是在经典的电化学验证性试验“化学电池温度系数的测定”根底上展开的，要求学生依据试验室供给的电极资料规划4个浓差电池然后运用电位差计测定电池的电动势，学生遍及认为这个试验比较简略，可是在详细操作的时分却呈现了许多问题，问题首要体现在学生在规划计划的时分短少缜密的考虑，比方规划的电池所用的电解质溶液是硝酸银，可盐桥的溶液却用的是氯化钾饱满溶液，效果连接上电池后二者相遇发作化学反响生成氯化银沉积导致试验失利；有的同学将产品银丝不经活化处理就直接作为银电极运用，效果发现所得的电池电动势数据与文献上报导的理论值相差很大，遇到这些问题，作为教师，要让学生仔细独立的考虑问题呈现的原因，然后从头修正计划，再通过试验来验证自己的主意的是否正确，切忌过多的干与学生的主意，过多的提示与辅导，不然不能更好地训练和培育学生独立剖析和处理问题的才干。验证性试验的首要意图是使学生把握物理化学试验的根本办法与技术，加深对有关的物理化学原理的了解，而规划试验愈加侧重于进步学生灵敏运用这些试验技术和原理的才干。

化学反响热的测定是要测定的反响热，可采纳量热法及蒸腾压法相结合来完结。它是在“焚烧热的测定”和“纯液体饱满蒸汽压的测定”两个根底验证性试验上展开的项目，在验证试验中，学生测定的是固体奈的焚烧热，而乙醇是可燃液体样品，既无固定形状又很简略蒸发，所以首要要求学生考虑如何将乙醇固定在焚烧池中，测出其焚烧反响的等容焚烧热，再运用公式计算出该反响系统的等压焚烧热，然后依据水的饱满蒸气压的测定办法，测出不同温度下水的饱满蒸气压，求得水的均匀摩尔汽化热。这个试验将两个热力学试验奇妙的结合起来，不光进步了学生的物理化学试验技术，而且加深了他们对热力学根本理论的了解。

“酸催化蔗糖转化动力学”是由验证试验“旋光法测定蔗糖转化反响速率常数”而延伸的试验，曾是第四届全国大学生化学比赛的试验项目之一，比赛时首要给出了试验的根本原理，然后提出规划要求，要求在40分钟内规划一个合理的试验过程，在某一温度下，通过改动酸的浓度，求出对应于酸的反响级数及酸催化的反响速率系数。咱们在试验教育中对此进行了一些改动，因为和参与比赛的学生比较，不管在试验的规划和操作方面，学生都有充沛的时刻考虑和完结，所以咱们没有给出试验的根本原理，这样在必定程度上就增加了规划的难度。关于这个试验，许多学生呈现的问题在于不知道试验的意图与他们所作的验证试验的差异，不清楚反响的速率常数与酸的速率系数及酸的级数的联系，这反映了咱们许多学生还没有深化和灵敏地了解动力学的理论常识，在本试验中至少要测定两个酸度下反响系统的旋光度随时刻的改动，然后运用对作图，别离求出两条直线的斜率，学生在规划试验计划与试验过程时遍及呈现了考虑问题不深化、不详尽的现象，比方酸是催化剂，只能改动反响速率，不能改动反响的转化率，因而只需蔗糖的初始浓度不变，是常数，因为有些学生没有考虑到这个联系，因而别离测定了两个酸度下的，导致没有在规则的时刻内完结试验。

综上所述，学生从规划试验计划到独当一面地完结试验，能够真实地进步他们独立考虑剖析问题和处理问题的才干。

二、鼓舞学生自主选题规划试验

以上罗列的是教师结合多年的教育实践并学习其他院校的教育内容与经历而开设的试验项目。除此之外，咱们还鼓舞学生自主开发试验项目，比方学生在做纯液体饱满蒸汽压试验过程中提出疑问，测验数据的初始温度为什么是40 ℃而不能低些，为此他们自己规划计划来研讨，效果发现，试验过程中真空的程度对试验的效果有很大的影响，当真空度为-700 mmHg时，测验的温度应在40 ℃以上，才干确保得到的水的均匀摩尔汽化热和正常沸点的差错在5 %以内，若要下降测验的初始温度，有必要进步真空度。学生还通过上网查阅文献开发了“明胶的等电点测定办法与研讨、外表活性剂在固体外表吸附量的测定”等等试验项目，在研讨测定明胶的等电点办法时，他们斗胆尝试了运用最大泡压法测定明胶等电点的办法，而且与常用的电导法进行了比较，发现在等电点时，明胶溶液的外表张力最小，在外表张力的曲线上呈现了拐点，而运用该办法测定明胶的等电点的文献罕见报导。研讨的效果增强了学生斗胆立异的决心。在研讨外表活性剂在固体外表上的吸附量时，他们调查了阴离子外表活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）在不同固体吸附剂上的吸附行为；在挑选SDS浓度的测定办法时，因为国标法是亚甲基蓝分光光度法，测验的过程中要进行萃取等烦琐操作，为此学生斗胆地规划了别离运用电导法和最大泡压法测定其浓度。尽管办法的精密度不如国标法，可是这两种办法操作十分简略、快速，且根本能够满意学生试验的要求。在研讨外表活性剂在纳米二氧化钛上的吸附行为时，考虑到二氧化钛纳米粒子所带电荷的性质可能会影响其对外表活性剂的吸附功能，为此他们规划运用改动pH值来改动纳米粒子外表的带电状况，进而研讨调查它们在不同的pH系统下对活性剂的吸附功能，为了验证他们的定论还选用了阳离子外表活性剂CTAB来进行比照研讨。在这些试验过程中，学生随时会遇到问题，会有新的主意和思路，然后要深化和广泛地查阅文献来改善试验的计划。多年的教育实践标明学生对这类试验体现出极大的爱好，因为他们在其中体会到科研探究的趣味。

三、将教师的科研项目与教育内容相结合

现在，许多高校都将教师多年从事科研工作的内容与效果编写成了试验项目，咱们也在根底的物理化学试验中针对化学教育改革试验班的学生开设了这一类具有综合性特色的研讨项目，因为这些学生学习根底十分好，毕业时大多数被报送读研讨生。为了丰厚和扩展他们的理论和实践常识，培育他们科学研讨的爱好，为将来更好地从事科研工作打下根底，咱们结合教师的科研课题开设了一些规划试验项目。这些试验要求学生首要自己查阅文献，了解相关范畴的常识与研讨现状，然后独立规划试验的思路和计划，通过和教师一同讨论后断定样品的制备办法、表征手法及功能测验的办法，因为这些试验工作量相对较大，因而试验的方式采纳开放性，学生在课余时刻能够随时到试验室展开试验，通过这些试验研讨，不光训练和进步了他们的试验技术，更重要的是使他们开始了解了科学研讨的思路，体会了科研工作的艰苦，培育了他们仔细进行科学研讨工作的素质，而且因为这些研讨内容触及的范畴广泛，是外表化学、半导体光物理与光化学、光催化化学多学科常识穿插的研讨项目，极大地丰厚了他们的理论常识，开阔了他们的思路，进步了他们科学研讨的爱好，为将来从事科学研讨工作奠定开始的根底。

四、结语

通过多年来在教育实践中的探究与讨论，咱们在规划试验内容的挑选和设置方面逐渐地堆集了一些经历，也取得了较好的教育效果，使学生在学习爱好、着手才干、独立考虑问题及科学研讨才干等方面都得到培育和进步。开设规划试验后，先后有15名化学试验班的学生参与了全国大学生化学比赛，其中有4人取得了二等奖，3人获得了三等奖，显着好于没有开设这类试验前时学生的比赛成果。

近年来发现，一些规划试验通过几年的教育实践，其内容的立异性就会有所下降，这就要求咱们要在实践中不断地研讨探究新的研讨项目，要大量地查阅相关的文献与书本，多与其他院校的教师沟通与讨论，学习其他高校同行的教育实践经历，使规划试验的项目与内容不断地得以更新和丰厚。

参考文献：

[1]复旦大学等.物理化学试验[M].北京：高等教育出版社，2007：103.

[2]邱金恒，孙尔康，吴强.物理化学试验[M].北京：高等教育出版社，2010：74.

[3]张虎成，裴渊，赵扬.电导法测定乙酸乙酯皂化反响级数[J].大学化学，2012，（27）.

[4]陈小娟等.酯类皂化反响动力学溶剂效应的研讨[J].大学化学，2013，（28）.